JP4889928B2 - Reference coordinate calculation method, reference coordinate calculation program, recording medium, surface plate, and shape measuring apparatus - Google Patents

Reference coordinate calculation method, reference coordinate calculation program, recording medium, surface plate, and shape measuring apparatus Download PDF

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Description

本発明は、基準座標算出方法、基準座標算出プログラム、その記録媒体、定盤および形状測定装置に関する。例えば、広範囲に設けられた各基準点の位置(座標)を単一の基準座標上における座標点として求める基準座標算出方法等に関する。   The present invention relates to a reference coordinate calculation method, a reference coordinate calculation program, a recording medium thereof, a surface plate, and a shape measuring apparatus. For example, the present invention relates to a reference coordinate calculation method for obtaining the positions (coordinates) of each reference point provided over a wide range as coordinate points on a single reference coordinate.

従来、被測定物の形状測定は三次元測定機等で行われている。しかしながら、測定領域が三次元測定機の載物台に制限されるので、測定可能な被測定物の大きさが制限される。
そこで、測定領域を拡大するために、例えば、特許文献1に開示される方法が知られている。
この方法では、可動の測定機と、予め座標値が求められた複数の基準点群と、を用意する。そして、可動の測定機を被測定物の被測定部位に応じて移動させながら可動の測定機で被測定物の形状を測定する。併せて、各基準点を測定した結果に基づいて可動測定機の位置を求める。測定機により被測定物を測定して得られた測定データをその都度の測定機の位置に応じて合成することにより、被測定物の全体形状が求められる。
Conventionally, the shape of an object to be measured is measured with a three-dimensional measuring machine or the like. However, since the measurement area is limited to the stage of the coordinate measuring machine, the size of the object to be measured is limited.
Therefore, in order to enlarge the measurement region, for example, a method disclosed in Patent Document 1 is known.
In this method, a movable measuring machine and a plurality of reference point groups whose coordinate values are obtained in advance are prepared. Then, the shape of the object to be measured is measured with the movable measuring machine while moving the movable measuring machine in accordance with the part to be measured of the object to be measured. In addition, the position of the movable measuring machine is obtained based on the result of measuring each reference point. By synthesizing the measurement data obtained by measuring the object to be measured with the measuring machine according to the position of the measuring machine each time, the entire shape of the object to be measured is obtained.

特開平11−6728号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-6728

しかしながら、可動の測定機の位置を求めるための基準点群を設定する場合、総ての基準点を測定領域に含む測定機(三次元測定機等)によって各基準点の座標を測定して登録していた。そのため、非常に大型の測定機が必要になるという問題があった。このような大型の測定機を用意することは簡単ではなく、例えば、一般の工場設備として設置するには広い場所と多大なコストとが必要になるなどの問題があった。   However, when setting a reference point group for determining the position of a movable measuring machine, the coordinates of each reference point are measured and registered by a measuring machine (such as a three-dimensional measuring machine) that includes all the reference points in the measurement area. Was. Therefore, there is a problem that a very large measuring machine is required. It is not easy to prepare such a large measuring machine, and there is a problem that, for example, a large place and a large cost are required to install as a general factory facility.

本発明の目的は、測定機の測定領域よりも広い範囲において基準点の座標を決定する基準座標算出方法、基準座標算出プログラム、その記録媒体を提供し、あわせて測定機の測定領域よりも広い範囲でワークの測定を行うための定盤および形状測定装置を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a reference coordinate calculation method, a reference coordinate calculation program, and a recording medium for determining the coordinates of a reference point in a wider range than the measurement area of the measuring machine, and also to have a wider area than the measurement area of the measuring machine. An object of the present invention is to provide a surface plate and a shape measuring device for measuring a workpiece in a range.

本発明の基準座標算出方法は、測定機の測定領域よりも広い定盤に配置された複数の基準点の位置を単一の基準座標系上の座標点として求める基準座標算出方法であって、前記測定機自身の位置の移動を伴うことなく測定できる領域に含まれる前記基準点を1つのグループとして、複数の前記基準点をグループ分けした各グループが少なくとも一つの他のグループとの間で少なくとも3つの基準点を共通に含み、総てのグループが、全体として始点のグループと終点のグループとがない閉ループを形成して、一連に繋がるようにグルーピングするグルーピング工程と、前記グループごとに前記基準点の位置を前記測定機にて測定する測定工程と、異なるグループ間で共通した基準点について異なるグループで測定して得られたそれぞれの位置を同一あるいは極めて近似する座標点に座標変換する基準点座標変換関数を前記グループごとに算出する基準点座標変換関数算出工程と、前記グループごとに測定した前記各基準点の位置を前記グループごとに算出された前記基準点座標変換関数により座標変換する基準点座標変換処理工程と、を備えることを特徴とする。 The reference coordinate calculation method of the present invention is a reference coordinate calculation method for obtaining the positions of a plurality of reference points arranged on a surface plate wider than the measurement area of the measuring machine as coordinate points on a single reference coordinate system, The reference points included in a region that can be measured without moving the position of the measuring machine itself as one group, and each group obtained by grouping a plurality of the reference points is at least one other group. A grouping step that includes three reference points in common and all groups form a closed loop having no start point group and no end point group as a whole, and are grouped so as to be connected in series, and the reference for each group The measurement process of measuring the position of the point with the measuring instrument, and the respective positions obtained by measuring in different groups with respect to a reference point common to different groups A reference point coordinate conversion function calculation step for calculating a reference point coordinate conversion function for converting the coordinate points to the same or extremely approximate coordinate points for each group, and a position of each reference point measured for each group is calculated for each group. And a reference point coordinate conversion processing step of converting the coordinates by the reference point coordinate conversion function.

この構成によれば、広い領域に配置された基準点をグルーピングし、グループごとに測定した基準点の位置をグループごとの座標変換関数を用いて基準座標系上の座標点に変換することができる。よって、測定機の測定領域に関わらず、広い領域で基準点の座標を基準座標系上の点として算出することができる。従って、基準点の総てを測定領域に含むような大型の測定機を用意する必要がなくなるので、優れた低コスト化を図ることができる。また、基準点を配置する領域の広さには何らの制限も受けなくなるので、必要なだけ広い領域に基準点を設け、それら基準点の位置を基準座標系上の座標点として求めることができる。
なお、グルーピング工程は、基準点の配置と測定機の測定領域との関係を考慮しながら請求項記載の要件を満たすように使用者が基準点をグルーピングしてもよく、あるいは、基準点の配置状態と測定機の測定領域との関係に応じて自動的にグルーピングするようなパートプログラムによって行われるようにしてもよい。
According to this configuration, the reference points arranged in a wide area can be grouped, and the position of the reference point measured for each group can be converted into a coordinate point on the reference coordinate system using the coordinate conversion function for each group. . Therefore, the coordinates of the reference point can be calculated as points on the reference coordinate system in a wide area regardless of the measurement area of the measuring machine. Therefore, it is not necessary to prepare a large measuring machine that includes all of the reference points in the measurement region, so that excellent cost reduction can be achieved. In addition, since there is no restriction on the size of the area where the reference points are arranged, it is possible to provide reference points in areas as wide as necessary and obtain the positions of these reference points as coordinate points on the reference coordinate system. .
In the grouping process, the user may group the reference points so as to satisfy the requirements described in the claims while considering the relationship between the reference point arrangement and the measurement area of the measuring machine, or the reference point arrangement. You may make it carry out by the part program which groups automatically according to the relationship between a state and the measurement area | region of a measuring machine.

本発明の基準座標算出方法は、測定機の測定領域よりも広い定盤に配置された複数の基準点の位置を単一の基準座標系上の座標点として求める基準座標算出方法であって、前記測定機自身の位置の移動を伴うことなく測定できる領域に含まれる前記基準点を1つのグループとして、複数の前記基準点をグループ分けした各グループが少なくとも一つの他のグループとの間で少なくとも2つの基準点と共通平面とを共通に含み、総てのグループが、全体として始点のグループと終点のグループとがない閉ループを形成して、一連に繋がるようにグルーピングするグルーピング工程と、前記グループごとに前記基準点および前記共通平面の位置を前記測定機にて測定する測定工程と、異なるグループ間で共通した前記基準点および前記共通平面とを異なるグループで測定して得られたそれぞれの位置を、同一あるいは極めて近似する座標点に座標変換する基準点座標変換関数を前記グループごとに算出する基準点座標変換関数算出工程と、前記グループごとに測定した前記各基準点の位置を前記グループごとに算出された前記基準点座標変換関数により座標変換する基準点座標変換処理工程と、を備えることを特徴とする。 The reference coordinate calculation method of the present invention is a reference coordinate calculation method for obtaining the positions of a plurality of reference points arranged on a surface plate wider than the measurement area of the measuring machine as coordinate points on a single reference coordinate system, The reference points included in a region that can be measured without moving the position of the measuring machine itself as one group, and each group obtained by grouping a plurality of the reference points is at least one other group. A grouping step that includes two reference points and a common plane in common, and that all groups form a closed loop that does not have a start point group and an end point group as a whole, and are grouped so as to be connected in series. A measuring step of measuring the position of the reference point and the common plane with the measuring instrument every time, and the reference point and the common plane common to different groups A reference point coordinate conversion function calculation step for calculating, for each group, a reference point coordinate conversion function for converting each position obtained by measurement in a different group to a coordinate point that is the same or extremely approximate, and for each group A reference point coordinate conversion processing step of performing coordinate conversion of the measured position of each reference point by the reference point coordinate conversion function calculated for each group.

また、本発明では、前記基準点の位置は、前記共通平面に投影された位置であることが好ましい。   In the present invention, it is preferable that the position of the reference point is a position projected on the common plane.

このような構成によれば、上記発明と同様の作用効果を奏することができる。
すなわち、測定機の測定領域に関わらず、広い定盤に配置された複数の基準点について、それらの基準点座標を基準座標系上の点として求めることができる。
ここで、原則として、グループ間で共通する基準点を測定しこれら共通する基準点の座標に基づいてグループごとに測定した結果を統一された座標系上の点として合成する場合、n次元座標系ではグループ間でn個の共通する基準点が必要となる。この点、本発明にあっては、基準点の位置が共通の平面に投影された座標点を基準点座標として求めるところ、グループ間で共通する基準点を二個以上とし、各グループにおける共通平面を測定することで、実質的にグループ間で3つの基準点を共通に含ませたのと同様の効果を得、これによりグループ間で共通する基準点が二つである場合にもグループごとに測定された基準点の座標を統一座標に合成することができる。このように、グループ間で共通させる基準点が二つでよいので、3つを共通させる場合にくらべてグルーピングの際の条件が緩和されることとなり、グルーピングを簡便に行うことができる。
According to such a configuration, the same effects as those of the above-described invention can be achieved.
That is, regardless of the measurement area of the measuring machine, the reference point coordinates of a plurality of reference points arranged on a wide surface plate can be obtained as points on the reference coordinate system.
Here, as a general rule, when measuring a common reference point between groups and combining the measurement results for each group based on the coordinates of these common reference points as a point on a unified coordinate system, an n-dimensional coordinate system Thus, n common reference points are required between the groups. In this respect, in the present invention, the coordinate point where the position of the reference point is projected on the common plane is obtained as the reference point coordinates, and there are two or more reference points common between the groups, and the common plane in each group By measuring the above, it is possible to obtain substantially the same effect as including three reference points in common among the groups, and even if there are two reference points common to the groups, The coordinates of the measured reference point can be combined with the unified coordinates. In this way, since two reference points can be shared between groups, the grouping conditions are relaxed compared to the case where three groups are shared, and grouping can be performed easily.

なお、基準点の位置は、必ずしも共通平面に投影した座標でなくともよく、二つの基準点の位置と共通平面との位置に基づいてグループごとに基準点座標変換関数を求めて座標変換を行うとしてもよい。   Note that the position of the reference point does not necessarily have to be the coordinates projected on the common plane, and the coordinate conversion is performed by obtaining a reference point coordinate conversion function for each group based on the positions of the two reference points and the common plane. It is good.

共通平面としては、定盤の定盤面とすることが例として挙げられる。また、定盤面に穿設された穴に嵌め込まれた真球の中心を基準点とする場合や、定盤面に穿設された円錐状の穴の頂点を基準点とすることが例として挙げられる。そして、このように設けられた基準点を定盤面に投影することにより各基準点についての基準点座標とすればよい。
なお、真球の中心を基準点とする場合には、球の表面の4点を測定して球の中心座標を算出すればよい。また、共通平面は、一直線上に位置しない定盤面上の任意の3点を測定することにより求めることができる。
An example of the common plane is a surface plate of a surface plate. Further, examples include cases where the center of a true sphere fitted in a hole drilled in the surface plate surface is used as a reference point, or the apex of a conical hole drilled in the surface plate surface is used as a reference point. . Then, the reference point thus provided may be used as the reference point coordinates for each reference point by projecting the reference point on the surface plate.
When the center of the true sphere is used as the reference point, the center coordinates of the sphere may be calculated by measuring four points on the surface of the sphere. The common plane can be obtained by measuring any three points on the surface plate surface that are not positioned on a straight line.

本発明の基準点座標算出方法は、測定機の測定領域よりも広い定盤面に配置された二次元座標系上の点である複数の基準点の位置を単一の基準座標系上の座標点として求める基準座標算出方法であって、前記測定機自身の位置の移動を伴うことなく測定できる領域に含まれる前記基準点を1つのグループとして複数の前記基準点をグループ分けした各グループが少なくとも一つの他のグループとの間で少なくとも2つの前記基準点を共通に含み、総てのグループが、全体として始点のグループと終点のグループとがない閉ループを形成して、一連に繋がるようにグルーピングするグルーピング工程と、前記グループごとに前記基準点の位置を前記測定機にて測定する測定工程と、異なるグループ間で共通した前記基準点を異なるグループで測定して得られたそれぞれの位置を、同一あるいは極めて近似する座標点に座標変換する基準点座標変換関数を前記グループごとに算出する基準点座標変換関数算出工程と、前記グループごとに測定した前記各基準点の位置を前記グループごとに算出された前記基準点座標変換関数により座標変換する基準点座標変換処理工程と、を備えることを特徴とする。 The reference point coordinate calculation method of the present invention is a coordinate point on a single reference coordinate system in which the positions of a plurality of reference points, which are points on a two-dimensional coordinate system arranged on a surface plate wider than the measurement area of the measuring machine. The reference coordinate calculation method is obtained as follows: at least one group obtained by grouping a plurality of the reference points with the reference points included in an area that can be measured without moving the position of the measuring machine itself as one group. Group including at least two of the reference points in common with two other groups, and all groups form a closed loop having no start point group and no end point group as a whole, and are connected in a series. A grouping step, a measurement step of measuring the position of the reference point for each group by the measuring instrument, and a common reference point between different groups. A reference point coordinate conversion function calculation step for calculating a reference point coordinate conversion function for each group, the coordinate conversion function for converting the position of each of the obtained positions to the same or very close coordinate point, and each of the measured points for each group A reference point coordinate conversion processing step of converting the position of the reference point by the reference point coordinate conversion function calculated for each group.

このような方法によれば、上記発明と同様の作用効果を奏することができる。すなわち、測定機の測定領域に関わらず、広い定盤に配置された基準点の位置を基準座標系上の点として算出することができる。
なお、基準点が二次元座標系上の点であるので、グループ間で共通する基準点は二つでよい。
このような二次元座標系の基準点を用いる測定機としては、画像測定装置などが例として挙げられる。
According to such a method, the same effect as the above-mentioned invention can be produced. That is, regardless of the measurement area of the measuring machine, the position of the reference point arranged on a wide surface plate can be calculated as a point on the reference coordinate system.
Since the reference point is a point on the two-dimensional coordinate system, two reference points may be common to the groups.
An example of a measuring machine that uses such a two-dimensional coordinate system reference point is an image measuring device.

本発明では、前記基準点座標変換関数算出工程は、同一の基準点について異なる前記グループで測定して得られた位置を座標変換関数で座標変換したそれぞれの座標点がこれらの平均値に対して有する偏差を求めて、前記偏差の自乗和を最小にする前記基準点座標変換関数を算出することが好ましい。
この構成によれば、最小自乗法によりグループごとの基準点座標変換関数を求めることができる。
In the present invention, in the reference point coordinate conversion function calculation step, each coordinate point obtained by performing coordinate conversion using the coordinate conversion function on a position obtained by measuring the same reference point with a different group is calculated based on the average value. It is preferable to calculate the reference point coordinate conversion function that obtains the deviation having and minimizes the sum of squares of the deviation.
According to this configuration, the reference point coordinate conversion function for each group can be obtained by the method of least squares.

本発明の基準座標算出プログラムは、前記基準点座標算出方法の各工程をコンピュータに実行させることを特徴とする。すなわち、コンピュータに、グルーピング工程と、基準点座標変換関数算出工程と、基準点座標変換処理工程と、を実行させることを特徴とする。   The reference coordinate calculation program of the present invention causes a computer to execute each step of the reference point coordinate calculation method. That is, the computer is caused to execute a grouping step, a reference point coordinate conversion function calculating step, and a reference point coordinate conversion processing step.

本発明の記録媒体は、上記基準座標算出プログラムをコンピュータ読み取り可能に記録したことを特徴とする。   The recording medium of the present invention is characterized in that the reference coordinate calculation program is recorded so as to be readable by a computer.

このような構成によれば、上記発明と同様の作用効果を奏することができる。すなわち、測定機の測定領域に関わらず、広い領域で基準点の座標を基準座標系上の点として算出できる。従って、基準点の総てを測定領域に含むような大型の測定機を用意する必要がなく、また、必要なだけ広い領域に基準点を設けて、それら基準点の位置を基準座標系上の座標点として求めることができる。
また、CPU(中央処理装置)やメモリ(記憶装置)を有するコンピュータに上記の各工程を実行させるようにプログラムを構成すれば、各工程におけるパラメータを容易に変更できる。
例えば、グルーピング工程において、グループ間で共通する基準点の数を変更したり、基準点の配列間隔や測定機の測定領域などを入力して変更するのも容易である。または、基準点座標変換関数算出工程において、グループごとの基準点座標変換関数を算出する算出方法を最小自乗法の他、種々の算出方法に変更することも容易である。
そして、このプログラムを記録した記録媒体をコンピュータに直接あるいは間接に装填してプログラムをインストールしてもよく、記録媒体の情報を読み取る読取装置をコンピュータに外付けし、この読取装置からコンピュータにプログラムをインストールしてもよい。なお、プログラムは、インターネット、LANケーブル、電話回線等の通信回線や無線によってコンピュータに供給されてインストールされてもよい。
また、プログラムを記述する言語はどのようなものでも良く、アセンブラ、コンパイラあるいはテキスト形式、グラフィカル形式の別を問わず、言語処理状態としても、ソースコード、インタプリタ形式の中間コード、オブジェクトコードの別を問わない。
According to such a configuration, the same effects as those of the above-described invention can be achieved. That is, the coordinates of the reference point can be calculated as points on the reference coordinate system in a wide area regardless of the measurement area of the measuring machine. Therefore, it is not necessary to prepare a large measuring machine that includes all of the reference points in the measurement area, and the reference points are provided in a wide area as necessary, and the positions of the reference points are set on the reference coordinate system. It can be obtained as a coordinate point.
If a program is configured to cause a computer having a CPU (central processing unit) and a memory (storage device) to execute each of the above steps, the parameters in each step can be easily changed.
For example, in the grouping step, it is easy to change the number of reference points that are common among the groups, or to input and change the reference point arrangement interval, the measurement area of the measuring machine, and the like. Alternatively, in the reference point coordinate conversion function calculation step, it is easy to change the calculation method for calculating the reference point coordinate conversion function for each group to various calculation methods in addition to the least square method.
The program may be installed by directly or indirectly loading the recording medium on which the program is recorded into the computer, and a reading device that reads information on the recording medium is externally attached to the computer, and the program is loaded from the reading device to the computer. May be installed. The program may be supplied and installed on the computer via a communication line such as the Internet, a LAN cable, a telephone line, or wirelessly.
Any language can be used to describe the program, regardless of whether it is an assembler, compiler, text format, or graphical format. It doesn't matter.

本発明の定盤は、上記基準座標算出方法によって単一の基準座標系上の座標点として位置が求められた複数の基準点を有することを特徴とする。
この構成によれば、上記基準座標算出方法は基準点が配置される領域に制限を受けないので、必要なだけ広い領域に基準点を有する定盤とすることができる。その結果、例えば、車や飛行機などの大型のワークを測定する際に好適な定盤とすることができる。そして、上記基準座標算出方法は、別途大型の測定機を要しない低コストの方法であるので、低コストで大型の定盤を製造することができる。
なお、ここで定盤とは、台に基準点が配置されている定盤のみならず、例えば、床面に基準点が配置されているものも含む。
The surface plate of the present invention has a plurality of reference points whose positions are obtained as coordinate points on a single reference coordinate system by the reference coordinate calculation method.
According to this configuration, since the reference coordinate calculation method is not limited to the area where the reference points are arranged, the surface plate can have a reference point in as wide an area as necessary. As a result, for example, a surface plate suitable for measuring a large workpiece such as a car or an airplane can be obtained. And since the said reference coordinate calculation method is a low-cost method which does not require a separate large-sized measuring machine, a large surface plate can be manufactured at low cost.
Here, the surface plate includes not only the surface plate in which the reference point is arranged on the table, but also one in which the reference point is arranged on the floor surface, for example.

本発明の形状測定装置は、前記定盤と、前記定盤上で移動可能な測定機と、を備えることを特徴とする。
このような構成において、広い領域に基準点を有する定盤上にワークを載置し、各基準点に基づいて位置を認識しながら測定機でワークを測定する。すると、測定機の測定領域よりも大きいワークを測定することができる。
そして、定盤に配置された基準点の位置を基準座標系上の点として算出して登録する際に、ワークを測定するための測定機を用いることができるので、格段に低コスト化を図ることができる。
The shape measuring apparatus of the present invention includes the surface plate and a measuring machine movable on the surface plate.
In such a configuration, a workpiece is placed on a surface plate having a reference point in a wide area, and the workpiece is measured with a measuring machine while recognizing the position based on each reference point. Then, a workpiece larger than the measurement area of the measuring machine can be measured.
And, when calculating and registering the position of the reference point arranged on the surface plate as a point on the reference coordinate system, a measuring machine for measuring the workpiece can be used, so that the cost is greatly reduced. be able to.

以下、本発明の実施の形態を図示するとともに図中の各要素に付した符号を参照して説明する。
(第1実施形態)
本発明の形状測定装置に係る第1実施形態について説明する。
まず、形状測定装置の構成について説明する。
図1は形状測定装置の全体構成を示す図であり、図2は定盤の基準点の構造を示す図であり、図3は演算処理部の構成を示す図である。
形状測定装置100は、定盤200と、測定機300と、演算処理部400と、入力手段500と、出力手段600と、を備える。
DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be illustrated and described with reference to reference numerals attached to respective elements in the drawings.
(First embodiment)
A first embodiment according to the shape measuring apparatus of the present invention will be described.
First, the configuration of the shape measuring apparatus will be described.
FIG. 1 is a diagram showing the overall configuration of the shape measuring apparatus, FIG. 2 is a diagram showing the structure of a reference point of the surface plate, and FIG. 3 is a diagram showing the configuration of an arithmetic processing unit.
The shape measuring apparatus 100 includes a surface plate 200, a measuring machine 300, an arithmetic processing unit 400, an input unit 500, and an output unit 600.

定盤200は、例えば一辺が2mを超える大型の定盤であり、定盤200には、ワーク(被測定物)Wおよび測定機300が載置される。
定盤200には、複数の基準点Rが設けられている。
基準点Rは、例えば、定盤200上において格子状に配設され、6×6個が400mmのピッチで設けられている。具体的には、真球に加工された基準ボール220が嵌め込み可能な円錐状の穴210が定盤200上に穿設されており(図2参照)、各基準点Rの位置としては、穴210に嵌め込まれた基準ボール220の中心点とする。
そして、本実施形態においては、基準ボール220の中心点を定盤面に垂直に投影した座標値を基準点座標Crとし、各基準点Rについての基準点座標Crを単一の基準座標系上の座標点として求めて記憶するとともに、この基準点座標を用いて大きなワークの測定を行うものである。
ここで、基準ボール220の中心点を求めるにあたっては、基準ボール220表面の任意の4点を測定して、この4点に基づいて基準ボール220の中心座標値を算出することが例として挙げられる。そして、定盤200上において一直線上に位置しない3点(例えば、図1中のB〜B)を測定することにより特定される定盤面に前記基準ボール220の中心点を投影することにより基準点Rについての基準点座標Crが求められる。
なお、各基準点についての基準点座標を統一された基準座標系上の点として求める方法については、図4〜図7を参照して後述する。
The surface plate 200 is a large surface plate having a side exceeding 2 m, for example, and the workpiece (object to be measured) W and the measuring machine 300 are placed on the surface plate 200.
The surface plate 200 is provided with a plurality of reference points R.
For example, the reference points R are arranged in a grid pattern on the surface plate 200, and 6 × 6 pieces are provided at a pitch of 400 mm. Specifically, a conical hole 210 into which a reference ball 220 processed into a true sphere can be fitted is formed on the surface plate 200 (see FIG. 2), and the position of each reference point R is a hole. Let it be the center point of the reference ball 220 fitted in 210.
In this embodiment, the coordinate value obtained by projecting the center point of the reference ball 220 perpendicularly to the surface of the surface plate is set as the reference point coordinate Cr, and the reference point coordinate Cr for each reference point R is set on a single reference coordinate system. While calculating | requiring and memorize | storing as a coordinate point, a big workpiece | work is measured using this reference | standard point coordinate.
Here, in obtaining the center point of the reference ball 220, an arbitrary four points on the surface of the reference ball 220 are measured, and the center coordinate value of the reference ball 220 is calculated based on these four points. . Then, by projecting the center point of the reference ball 220 onto the surface of the surface specified by measuring three points (for example, B 1 to B 3 in FIG. 1) that are not positioned on a straight line on the surface plate 200. A reference point coordinate Cr for the reference point R is obtained.
A method of obtaining the reference point coordinates for each reference point as a point on the unified reference coordinate system will be described later with reference to FIGS.

測定機300は、持ち運び可能であったり、移動用の脚輪(キャスター)が設けられているなどにより移動可能な測定機であり、例えば多間接型の三次元測定機である。測定機300は、定盤200上に載置され、ワークWの測定部位に応じてその位置が移動される。
測定機300は、台座部310と、継手324を介して姿勢変更可能に台座部310に接続された可動アーム部320と、可動アーム部320の先端に回転自在に接続されたタッチプローブ330と、を備える。
可動アーム部320は、第1アーム321、第2アーム322および第3アーム323が自在継手325・326により互いの角度を変更可能に接続されて構成されている。そして、ワークWに当接してワーク表面を検出するタッチプローブ330が第3アーム323の先端に自在継手327を介して接続されている。
The measuring machine 300 is a measuring machine that can be carried or moved by being provided with a moving leg ring (caster), for example, a multi-indirect type three-dimensional measuring machine. The measuring machine 300 is placed on the surface plate 200 and its position is moved according to the measurement site of the workpiece W.
The measuring instrument 300 includes a pedestal part 310, a movable arm part 320 connected to the pedestal part 310 so that the posture can be changed via a joint 324, a touch probe 330 rotatably connected to the tip of the movable arm part 320, Is provided.
The movable arm portion 320 is configured by connecting a first arm 321, a second arm 322, and a third arm 323 with universal joints 325 and 326 so that their angles can be changed. A touch probe 330 that contacts the workpiece W and detects the workpiece surface is connected to the tip of the third arm 323 via a universal joint 327.

演算処理部400は、図3に示されるように、基準点座標算出部410と、基準点座標記憶部420と、位置姿勢認識部430と、座標系変換部440と、測定データ記憶部450と、ワーク形状解析部460と、を備える。   As shown in FIG. 3, the arithmetic processing unit 400 includes a reference point coordinate calculation unit 410, a reference point coordinate storage unit 420, a position and orientation recognition unit 430, a coordinate system conversion unit 440, and a measurement data storage unit 450. And a workpiece shape analysis unit 460.

基準点座標算出部410の構成と基準点座標算出方法(基準点座標算出部の動作)について図4〜図7を参照して説明する。
図4は基準点座標算出部410の構成を示す図である。また、図5は基準点座標を算出する手順を示すフローチャートであり、図6は基準点の位置を測定する場合のグルーピングの一例を示す図であり、図7はグループごとの基準点座標変換関数を算出する手順を示すフローチャートである。
以下、図4に示される構成により、図5、図7に示される手順が実行される処理動作について説明する。
The configuration of the reference point coordinate calculation unit 410 and the reference point coordinate calculation method (operation of the reference point coordinate calculation unit) will be described with reference to FIGS.
FIG. 4 is a diagram illustrating the configuration of the reference point coordinate calculation unit 410. FIG. 5 is a flowchart showing a procedure for calculating the reference point coordinates, FIG. 6 is a diagram showing an example of grouping when the position of the reference point is measured, and FIG. 7 is a reference point coordinate conversion function for each group. It is a flowchart which shows the procedure which calculates.
Hereinafter, the processing operation in which the procedure shown in FIGS. 5 and 7 is executed by the configuration shown in FIG. 4 will be described.

図5中のST100において、各基準点Rに基準位置番号j(j=1、2、3・・・)を付与(ナンバリング)する。
例えば、図1に示されるように、各基準点にRから順番に番号を付与する。このように各基準点Rに付与された基準位置番号jは基準点番号記憶部411に記憶される。
In ST100 in FIG. 5, a reference position number j (j = 1, 2, 3,...) Is assigned (numbered) to each reference point R.
For example, as shown in FIG. 1, each reference point is numbered sequentially from R 1 . Thus, the reference position number j assigned to each reference point R is stored in the reference point number storage unit 411.

ST101において、測定機300の移動を伴なわずに測定機300で測定できる範囲(測定領域)ごとに定盤200上の基準点Rをグルーピングする(グルーピング工程)。このとき、各グループが少なくとも一つの他のグループとの間で2つ以上の共通した基準点Rを含むようにグルーピングする。例えば、図6中において、G1とG2との間では、基準点R3と基準点R7とが共通している。
このようなグルーピング処理は、グルーピング手段412に予め設定されたプログラムにより実行されるものであり、基準点Rの配列と測定機300の測定領域とを入力すれば自動的に行われるようなプログラムがグルーピング手段412に組み込まれている。
In ST101, the reference points R on the surface plate 200 are grouped for each range (measurement region) that can be measured by the measuring device 300 without moving the measuring device 300 (grouping step). At this time, grouping is performed so that each group includes two or more common reference points R with at least one other group. For example, in FIG. 6, the reference point R3 and the reference point R7 are common between G1 and G2.
Such a grouping process is executed by a program preset in the grouping means 412, and a program that is automatically executed when the array of the reference points R and the measurement region of the measuring device 300 are input. It is incorporated in the grouping means 412.

ST102において、グループごとに、各基準点Rの位置を定盤面に投影した座標を測定値として求める。
すなわち、まず、穴210に基準ボール220を嵌め込んだ状態で基準ボール220の中心点を算出し、次ぎに、定盤200上の3点から特定される定盤面に、前記基準ボール220の中心点を投影した座標点を測定値として求める。
例えば、図6中、グループG1における基準点(R、R、R、R、R、R)の座標を求めるにあたっては、(1)定盤200の表面の3点からグループG1の基準点(R〜R、R〜R)を測定する場合の定盤面(共通平面)を決定し、(2)基準点R(例えば基準点R)に嵌め込まれた基準ボール220表面の4点から基準ボール220の中心点を求め、(3)その基準ボール220の中心点を定盤面に投影してG1における基準点Rの基準点座標Crを測定値として求める。
他のグループ、他の基準点Rにおいても同様にして基準点Rを定盤面に投影した座標点(基準点座標Cr)が測定値として求められる。
In ST102, coordinates obtained by projecting the position of each reference point R on the surface plate are obtained as measurement values for each group.
That is, first, the center point of the reference ball 220 is calculated in a state where the reference ball 220 is fitted in the hole 210, and then the center of the reference ball 220 is placed on the surface plate surface identified from the three points on the surface plate 200. A coordinate point on which the point is projected is obtained as a measurement value.
For example, in FIG. 6, in obtaining the coordinates of the reference points (R 1 , R 2 , R 3 , R 5 , R 6 , R 7 ) in the group G 1, (1) the group from the three points on the surface of the surface plate 200. Determine the surface plate surface (common plane) when measuring the reference points (R 1 to R 3 , R 5 to R 7 ) of G1, and (2) the reference fitted in the reference point R (for example, the reference point R 1 ) The center point of the reference ball 220 is obtained from the four points on the surface of the ball 220, and (3) the center point of the reference ball 220 is projected on the surface of the surface plate, and the reference point coordinate Cr of the reference point R in G1 is obtained as a measured value.
Similarly, in other groups and other reference points R, coordinate points (reference point coordinates Cr) obtained by projecting the reference points R onto the surface plate are obtained as measurement values.

ここで、各グループにおける共通平面(定盤面)を求めるにあたっては、例えば、図1中のB〜Bのように、定盤上において一直線上に位置しない3点を測定して、これら測定値から平面を特定する。
また、基準ボール220の中心点を求めるにあたっては、基準ボール220の表面の4点を測定して、これら4点の測定値から基準ボール220の中心を求めてもよく、また、基準ボール220の直径(または半径)が既知の場合には基準ボール220の表面の3点を測定して、これら3点の測定値と直径とから基準ボール220の中心点を求めてもよい。
Here, in obtaining the common plane (surface plate surface) in each group, for example, three points that are not positioned on a straight line on the surface plate, such as B 1 to B 3 in FIG. 1, are measured. Identify the plane from the value.
In obtaining the center point of the reference ball 220, four points on the surface of the reference ball 220 may be measured, and the center of the reference ball 220 may be obtained from the measured values of these four points. When the diameter (or radius) is known, three points on the surface of the reference ball 220 may be measured, and the center point of the reference ball 220 may be obtained from the measurement value and the diameter of these three points.

なお、図6のようにグルーピングした場合、グループ間で共通する基準点を含んでいるので、基準点R、R、R、R、R10、R12については一回のみの測定が行われる一方、基準点R、R、R、R、R11の測定は2回、基準点Rの測定は4回行われることになる。
このとき、測定機300自身の位置によって測定における原点が違ってくるので、隣接するグループ間で共通した基準点Rの基準点座標Crを測定した場合でも、同じ基準点Rの基準点座標Cr(x座標、y座標)が一方では(20、20)となり、片や(30.01、10)となったりする。
このような測定により得られた測定値は測定値記憶部413に順次記憶されるところ、測定値は、基準点番号記憶部411に記憶された基準点番号jに関連付けて記憶されていく。
In the case of grouping as shown in FIG. 6, since the reference points common to the groups are included, the reference points R 1 , R 2 , R 4 , R 9 , R 10 , R 12 are measured only once. On the other hand, the measurement of the reference points R 3 , R 5 , R 6 , R 8 , R 11 is performed twice, and the measurement of the reference point R 7 is performed four times.
At this time, since the origin of measurement differs depending on the position of the measuring device 300 itself, even when the reference point coordinate Cr of the reference point R common between adjacent groups is measured, the reference point coordinate Cr ( The x-coordinate and y-coordinate) are (20, 20) on the one hand and (30.01, 10) on the other hand.
The measurement values obtained by such measurement are sequentially stored in the measurement value storage unit 413, and the measurement values are stored in association with the reference point number j stored in the reference point number storage unit 411.

ST103において、基準点Rを測定して得られた測定値を基準座標系上の座標点に変換する基準点座標変換関数Fをグループごとに算出する。
この工程について、図7のフローチャートを参照して説明する。
In ST103, a reference point coordinate conversion function F for converting a measurement value obtained by measuring the reference point R into a coordinate point on the reference coordinate system is calculated for each group.
This process will be described with reference to the flowchart of FIG.

測定で得られた各基準点Rの測定値(基準点座標Cr)が基準点番号jに関連付けられて測定値記憶部411に記憶されているところ、図7のST200において、各基準点Rを測定して得られた測定値に測定回番号iが付与される。すなわち、グループ間で共通して含まれた基準点Rについて重複して得られた測定値に測定回番号iが付与される。ここで、測定回番号iは、i=1、2、・・・nであり、nは基準点Rについて重複して得られたデータ数を表す。すると、基準位置番号がj番で、測定回番号がi番の測定値PについてPjiとする識別番号が付与される。ここで、Pは、x座標値およびy座標値からなる二次元ベクトルを表すとする。
ST201において、測定値Pjiに対して、測定値Pjiが属するグループの番号を付与する。
グループ番号の付与は、測定値記憶部413からのデータ出力を受けてグループ番号付与部414により実行される。
グループ番号付与部414は、グルーピング手段412によるグループ分けに応じ、基準点番号jと測定回番号iとに対して、測定値Pjiが属するグループ(G1、G2・・・)を対応づけるテーブルを自動生成する。グループ番号付与部414は、このテーブルを参照して測定値Pjiにグループ番号g(ji)を付与する。ここで、g(ji)は、基準点番号がjで測定回番号がiである測定値Pjiが属するグループ番号(つまりG1、G2、・・・)を表す関数である。
すなわち、グルーピング手段412によって、グループG1、G2・・・のように基準点Rがグループ間で共通する基準点を有しながらグループ分けされるところ、グループ番号付与部414により、基準点番号がj番目で、測定回番号がi番目の測定値Pjiがどのグループにおいて得られた測定値であるかを示すためのグループ番号g(ji)が付与される。
The measurement value (reference point coordinate Cr) of each reference point R obtained by the measurement is stored in the measurement value storage unit 411 in association with the reference point number j. In ST200 of FIG. A measurement number i is given to the measured value obtained by the measurement. That is, the measurement number i is assigned to the measurement value obtained redundantly for the reference point R included in common among the groups. Here, the measurement number i is i = 1, 2,..., N j , and n j represents the number of data obtained redundantly for the reference point R j . Then, an identification number P ji is assigned to the measurement value P having the reference position number j and the measurement number i. Here, P represents a two-dimensional vector composed of an x-coordinate value and a y-coordinate value.
In ST201, the group number to which the measurement value P ji belongs is assigned to the measurement value P ji .
The group number assignment is performed by the group number assignment unit 414 in response to the data output from the measurement value storage unit 413.
The group number assigning unit 414 associates a group (G1, G2,...) To which the measurement value P ji belongs to the reference point number j and the measurement number i according to the grouping by the grouping unit 412. Generate automatically. The group number assigning unit 414 assigns a group number g (ji) to the measurement value P ji with reference to this table. Here, g (ji) is a function representing the group number (that is, G1, G2,...) To which the measured value Pji having the reference point number j and the measurement number i is belonging.
That is, the grouping means 412 groups the reference points R while having a common reference point between the groups as in the groups G1, G2,... The group number g (ji) for indicating in which group the measurement value P ji whose measurement number is the i-th measurement value is obtained.

次に、ST202において、測定値Pjiを基準座標系に変換する基準点座標変換関数をFg(ji)として仮設定する。
ここで、基準点座標変換関数Fは、測定機300で基準点Rを測定した際の座標系から基準座標系に測定値を移す写像を表すマトリックスであり、例えば、平行移動と回転操作とにより例えば次の(式1)ような形であらわされ、基準点座標変換関数仮設定部415に設定入力されて記憶されている。
なお、(式1)の場合、平行移動は測定機300の移動に伴う原点移動に対応し、回転操作は測定機300と定盤面との傾き(相対姿勢)に対応する。
Next, in ST202, a reference point coordinate conversion function for converting the measured value P ji into the reference coordinate system is temporarily set as F g (ji) .
Here, the reference point coordinate conversion function F is a matrix representing a mapping for transferring measured values from the coordinate system when the reference point R is measured by the measuring instrument 300 to the reference coordinate system. For example, it is expressed in the following form (Formula 1), and is set and input to the reference point coordinate conversion function temporary setting unit 415 and stored.
In the case of (Expression 1), the parallel movement corresponds to the origin movement accompanying the movement of the measuring instrument 300, and the rotation operation corresponds to the inclination (relative posture) between the measuring instrument 300 and the surface plate.

Figure 0004889928
Figure 0004889928

ST203において、基準点座標変換関数Fg(ji)を算出する。
これは、基準点Rを異なるグループで重複して測定した得られた測定データPji(ただし、i=1、2、〜n、ここで、nは基準点Rについて重複して得られたデータ数を表す)について座標変換した値「Fg(ji)(Pji)」が同じ値(あるいは極めて近似した値)になるように基準点座標変換関数仮設定部415に仮設定された基準点座標変換関数Fg(ji)を調整することにより行われる。すなわち、最小自乗法により、次のようにして偏差の自乗総和を最小にすることで基準点座標変換関数Fg(ji)が求められる。
In ST203, a reference point coordinate conversion function F g (ji) is calculated.
This reference point measured data P ji of the R j obtained was measured in duplicate at different groups (where, i = 1, 2, ~n j, where, n j is duplicated for the reference points R j Temporarily set in the reference point coordinate conversion function temporary setting unit 415 so that the value “F g (ji) (P ji )” obtained by coordinate conversion for the obtained data number) is the same value (or a very approximate value). This is done by adjusting the reference point coordinate conversion function F g (ji) . That is, the reference point coordinate conversion function F g (ji) is obtained by minimizing the sum of the squares of the deviations by the least square method as follows.

Figure 0004889928
Figure 0004889928

Figure 0004889928
Figure 0004889928

このような処理(ST203)は、基準点座標変換関数算出手段416において、測定値記憶部413に記憶された測定値を基準点座標変換関数仮設定部415に仮設定された(式1)に代入するとともに、(式2)および(式3)を適用することによって実行される。   In such processing (ST203), in the reference point coordinate conversion function calculation means 416, the measurement value stored in the measurement value storage unit 413 is temporarily set in the reference point coordinate conversion function temporary setting unit 415 (Formula 1). This is performed by assigning and applying (Equation 2) and (Equation 3).

図5のST104において、ST103で算出された座標変換関数Fg(ji)によりグループ(G1、G2・・・)ごとに測定値Pjiを基準座標系に変換処理する工程が基準点座標変換処理手段417により実行される。
ST105において、ST104で変換処理されて算出された各基準点Rの基準点座標Crを基準点座標記憶部420に登録する。ただし、同じ基準点Rについての変換後値が複数ある場合には、それらの平均値を用いる。
In ST104 of FIG. 5, the process of converting the measurement value Pji into the reference coordinate system for each group (G1, G2,...) By the coordinate conversion function Fg (ji) calculated in ST103 is a reference point coordinate conversion process. Performed by means 417.
In ST105, the reference point coordinate Cr of each reference point R calculated by the conversion process in ST104 is registered in the reference point coordinate storage unit 420. However, when there are a plurality of converted values for the same reference point R, the average value thereof is used.

続いて、演算処理部400の構成を説明するとともに、基準点座標記憶部420に記憶された基準座標系における基準点座標を用いて、ワークの測定を行う場合について説明する。
基準点座標記憶部420は、基準点座標算出部410により算出された各基準点Rについての基準点座標Crを各基準点Rに付与された番号j(j=1、2・・・)と対にして記憶している。
位置姿勢認識部430は、定盤200上における測定機300の位置および測定機300の姿勢(定盤200に対する傾き角等)を認識する。位置姿勢認識部430には、定盤面200上の点(例えば、図1中のB〜B、ただしB〜Bは一直線上の点ではない)を測定機300で測定した結果に基づいて定盤面と測定機300との相対姿勢を算出する定盤面算出部431が接続されている。
そして、位置姿勢認識部430は、定盤面算出部431で算出された定盤面と、2つの基準点Rを測定した得られた座標値と、に基づいて測定機300の位置および姿勢を認識する。
Next, the configuration of the arithmetic processing unit 400 will be described, and the case where the workpiece is measured using the reference point coordinates in the reference coordinate system stored in the reference point coordinate storage unit 420 will be described.
The reference point coordinate storage unit 420 includes a reference point coordinate Cr for each reference point R calculated by the reference point coordinate calculation unit 410 and a number j (j = 1, 2,...) Assigned to each reference point R. I remember it in pairs.
The position / orientation recognition unit 430 recognizes the position of the measuring device 300 on the surface plate 200 and the posture of the measuring device 300 (such as an inclination angle with respect to the surface plate 200). The position and orientation recognition unit 430, a point on the surface plate surface 200 (e.g., FIG. 1 in B 1 .about.B 3, provided that B 1 .about.B 3 points not on a straight line) in the result of measurement with measuring machine 300 A surface plate surface calculation unit 431 that calculates a relative attitude between the surface plate surface and the measuring machine 300 based on the connection is connected.
The position / orientation recognition unit 430 recognizes the position and orientation of the measuring machine 300 based on the surface plate surface calculated by the surface plate surface calculation unit 431 and the coordinate values obtained by measuring the two reference points R. .

座標系変換部440は、定盤200上に載置された測定機300によりワークWを測定して得られた測定値を基準座標系上の座標点に変換処理する。
また、座標系変換部440には、測定点座標変換関数算出部441が接続されており、測定点座標変換関数算出部441は、位置姿勢認識部430によって認識された測定機300の位置および姿勢に基づいて、測定機300による測定値を基準座標系に変換する測定点座標変換関数を算出する。
The coordinate system conversion unit 440 converts the measurement value obtained by measuring the workpiece W by the measuring machine 300 placed on the surface plate 200 into a coordinate point on the reference coordinate system.
In addition, a measurement point coordinate conversion function calculation unit 441 is connected to the coordinate system conversion unit 440, and the measurement point coordinate conversion function calculation unit 441 detects the position and orientation of the measuring machine 300 recognized by the position and orientation recognition unit 430. Based on the above, a measurement point coordinate conversion function for converting a measurement value obtained by the measuring instrument 300 into a reference coordinate system is calculated.

測定データ記憶部450は、ワークWを測定して得られた測定値が座標系変換部440により基準座標系上の座標点に変換された値を測定データとして記憶する。
ワーク形状解析部460は、測定データ記憶部450に記憶された測定データに基づいてワーク形状を解析する。例えば、マスターワークや設計値に対する比較評価を行うことなどが例として挙げられる。
The measurement data storage unit 450 stores, as measurement data, a value obtained by converting a measurement value obtained by measuring the workpiece W into a coordinate point on the reference coordinate system by the coordinate system conversion unit 440.
The workpiece shape analysis unit 460 analyzes the workpiece shape based on the measurement data stored in the measurement data storage unit 450. For example, a comparative evaluation with respect to a master work or a design value can be given as an example.

次に、形状測定装置100によるワークの測定動作について説明する。
まず、定盤200上に設けられた各基準点Rの基準点座標Crについて基準座標系上での座標値を求めて基準点座標記憶部420に登録する。この処理は、図4〜図7を参照して説明した通りである。
測定対象となるワークWを定盤200上に載置するとともに、ワークWの測定部位に応じた位置に測定機300を載置する。
Next, the workpiece measuring operation by the shape measuring apparatus 100 will be described.
First, a coordinate value on the reference coordinate system is obtained for the reference point coordinate Cr of each reference point R provided on the surface plate 200 and registered in the reference point coordinate storage unit 420. This process is as described with reference to FIGS.
The workpiece W to be measured is placed on the surface plate 200, and the measuring machine 300 is placed at a position corresponding to the measurement site of the workpiece W.

ワークWを実際に測定する前に、測定機300の位置および姿勢を認識させるため、測定機300により定盤200上の任意の3点(例えば、B〜B、ただしB〜Bは一直線上には位置しない)と、2つの基準点Rと、を測定する。なお、基準点Rを測定するとは、基準ボール220を穴210に嵌め込んだ状態で、基準ボール220の表面の4点を測定して基準ボール220の中心点を求め、この基準ボール220の中心点を定盤面に投影した点(基準点座標)を求めることをいう。
定盤200上の3点を測定した結果に基づいて、定盤面算出部431により定盤面と測定機300との相対姿勢が求められる。そして、2つの基準点Rを測定して得られた値(基準点座標)が基準点座標記憶部420に記憶(登録)された基準座標系上の基準点座標に対比され、位置姿勢認識部430により測定機300の位置および姿勢が求められる。
位置姿勢認識部430で認識された測定機300の位置および姿勢に応じて、測定機300による測定値を基準座標系に変換するための測定点座標変換関数が測定点座標変換関数算出部441により算出される。算出された測定点座標変換関数は、座標系変換部440に出力される。
Before the workpiece W is actually measured, any three points on the surface plate 200 (for example, B 1 to B 3 , but B 1 to B 3 are used by the measuring device 300 to recognize the position and orientation of the measuring device 300. Are not on a straight line) and two reference points R are measured. The measurement of the reference point R means that the center point of the reference ball 220 is obtained by measuring four points on the surface of the reference ball 220 with the reference ball 220 fitted in the hole 210. This refers to obtaining a point (reference point coordinate) obtained by projecting a point on a surface plate.
Based on the result of measuring three points on the surface plate 200, the surface plate surface calculation unit 431 determines the relative posture between the surface plate surface and the measuring machine 300. The values (reference point coordinates) obtained by measuring the two reference points R are compared with the reference point coordinates on the reference coordinate system stored (registered) in the reference point coordinate storage unit 420, and the position and orientation recognition unit At 430, the position and orientation of the measuring device 300 are obtained.
A measurement point coordinate conversion function calculation unit 441 generates a measurement point coordinate conversion function for converting a measurement value obtained by the measurement device 300 into a reference coordinate system according to the position and orientation of the measurement device 300 recognized by the position / orientation recognition unit 430. Calculated. The calculated measurement point coordinate conversion function is output to the coordinate system conversion unit 440.

次に、測定機300によりワークWを実際に測定する。
このとき、測定機300の位置を変更させることなく、測定機300の現位置で測定できる領域ごとに測定を行う。
ワークWを測定して得られた測定値は座標系変換部440に出力され、座標系変換部440において測定点座標変換関数により基準座標系上の点に変換処理される。
基準座標系上の点に変換処理された値は、測定データ記憶部450に記憶される。
Next, the workpiece W is actually measured by the measuring machine 300.
At this time, the measurement is performed for each region that can be measured at the current position of the measuring device 300 without changing the position of the measuring device 300.
The measurement value obtained by measuring the workpiece W is output to the coordinate system conversion unit 440, and the coordinate system conversion unit 440 converts the measurement value into a point on the reference coordinate system using the measurement point coordinate conversion function.
A value converted into a point on the reference coordinate system is stored in the measurement data storage unit 450.

測定機300の位置を変更する場合には、あらためて、定盤200上の3点と2つの基準点Rとを測定して、測定機300の位置および姿勢を認識させる。
測定データ記憶部450に記憶された測定データに基づいてワーク形状解析部460によりワークWの形状解析が行われる。例えば、マスターワークや設計値との比較などが例として挙げられる。
When the position of the measuring instrument 300 is changed, the three points on the surface plate 200 and the two reference points R are measured again to recognize the position and orientation of the measuring instrument 300.
Based on the measurement data stored in the measurement data storage unit 450, the workpiece shape analysis unit 460 performs shape analysis of the workpiece W. For example, a comparison with a master work or a design value is given as an example.

このような構成を備える形状測定装置100によれば、次の効果を奏することができる。
(1)グルーピングして各基準点Rを測定したうえでグループごとの測定値座標変換関数Fを求めることにより、測定領域が狭い測定機300を用いて広い範囲における基準点Rの位置を基準座標系上の座標点として算出して登録することができる。この際、ワークWの測定に使用する測定機300を用いて基準点Rの座標を求めることができるので、大型の測定機を別途用意することに比べて格段に低コスト化を図ることができる。
According to the shape measuring apparatus 100 having such a configuration, the following effects can be obtained.
(1) By measuring each reference point R by grouping and obtaining a measurement value coordinate conversion function F for each group, the position of the reference point R in a wide range can be determined using the measuring device 300 having a narrow measurement area as a reference coordinate. It can be calculated and registered as a coordinate point on the system. At this time, since the coordinates of the reference point R can be obtained using the measuring device 300 used for measuring the workpiece W, the cost can be significantly reduced as compared to separately preparing a large measuring device. .

(2)単一の基準座標系上の点として各基準点Rの座標(基準点座標)を求める際には、グルーピングして各基準点Rを測定したうえでグループごとの座標変換関数Fを求めればよいので、基準点Rを設ける範囲の広さは何らの制限も受けることがなく、必要なだけ広くすることができる。例えば、レーザー測長器等でも測定可能領域に制限があるところ、本実施形態によれば、どんなに大きなワーク(例えば、車、飛行機)でも測定することができる。 (2) When obtaining the coordinates of each reference point R (reference point coordinates) as points on a single reference coordinate system, grouping and measuring each reference point R, the coordinate conversion function F for each group is calculated. Therefore, the width of the range in which the reference point R is provided is not limited and can be as wide as necessary. For example, there is a limit in the measurable area even with a laser length measuring device or the like, but according to the present embodiment, it is possible to measure even a large workpiece (for example, a car or an airplane).

(3)本実施形態では、基準点の位置が定盤面に投影された座標点を基準点座標とし、共通の平面に配設された基準点座標を求めることとしている。これにより、グループ間で共通する基準点を測定し、これら共通する基準点の座標に基づいてグループごとに測定した結果を統一された座標系上の点として合成する場合でも、グループ間で共通する基準点を二個以上とすることができる。一般には、n次元座標系ではグループ間でn個の共通する基準点が必要となるところ、グループ間で共通する2つの基準点を測定するとともに、各グループにおける共通面を測定することで、実質的にグループ間で3つの基準点を共通に含ませたのと同様の効果を得ることができるからである。このように、グループ間で共通させる基準点が二つでよいので、3つを共通させる場合にくらべてグルーピングの際の条件が緩和されることとなり、グルーピングを簡便に行うことができる。 (3) In the present embodiment, the coordinate point where the position of the reference point is projected on the surface plate is used as the reference point coordinate, and the reference point coordinate arranged on the common plane is obtained. As a result, even when a common reference point is measured among the groups and the results measured for each group based on the coordinates of these common reference points are combined as points on a unified coordinate system, they are common among the groups. Two or more reference points can be provided. In general, in an n-dimensional coordinate system, n common reference points are required between groups, and by measuring two common reference points between groups and measuring a common plane in each group, This is because the same effect can be obtained as if the three reference points were included in common among the groups. In this way, since two reference points can be shared between groups, the grouping conditions are relaxed compared to the case where three groups are shared, and grouping can be performed easily.

なお、本発明は前述の実施形態に限定されず、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれる。
定盤上の基準点は、格子状に配列される場合に限らず、ランダムに配置されていてもよい。
基準点をグルーピングする方法としては、他のグループとの間で3つの基準点を共通するようにグルーピングしてもよい。この場合には、基準ボールの中心を定盤面に投影する必要なく、基準ボール220の中心をそのまま基準点座標として用いる。すると、定盤面の任意の3点を測定して定盤面を算出する工程を省略することができる。なお、基準点が、画像測定機で使用する基準点のように二次元座標系上の点である場合には、グループ間で共通する基準点は2つでよい。
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and modifications, improvements, and the like within the scope that can achieve the object of the present invention are included in the present invention.
The reference points on the surface plate are not limited to being arranged in a grid pattern, and may be randomly arranged.
As a method of grouping reference points, grouping may be performed so that three reference points are shared with other groups. In this case, it is not necessary to project the center of the reference ball onto the surface plate, and the center of the reference ball 220 is used as it is as the reference point coordinates. Then, the process of calculating the surface plate surface by measuring three arbitrary points on the surface plate surface can be omitted. Note that when the reference point is a point on a two-dimensional coordinate system, such as a reference point used in an image measuring machine, two reference points may be common between groups.

ここで、基準点をグルーピングする際には、図6に示されるように、グループが全体として閉ループを形成することが好ましい。例えば、グルーピングしたグループに始点のグループと終点のグループとがあると、グループ間で共通した基準点を基にして座標変換関数を算出していくところ、次第に誤差が累積して始点のグループと終点のグループとでは統一された基準座標系にならないおそれもあるが、総てのグループが一連に繋がる(連関する)ことにより、誤差の累積を排除して統一された基準座標系を生成することができる。   Here, when grouping the reference points, as shown in FIG. 6, it is preferable that the group forms a closed loop as a whole. For example, if there are a start point group and an end point group in the grouped group, the coordinate transformation function is calculated based on a common reference point between the groups. There is a possibility that the standard coordinate system may not be unified with other groups, but all groups are connected (linked) to form a standard coordinate system that eliminates error accumulation. it can.

また、共通平面に投影することなく基準点Rの位置をそのまま基準点座標とする場合には、測定機の位置および姿勢を認識させるにあたって、定盤面を特定する工程を省略して、単に3つの基準点を測定することにより測定機の位置を認識させることとしてもよい。
測定機の構成は特に限定されず、例えば、レーザー測長器を用いてもよい。すると、もともと測定領域の広いレーザー測長器の測定領域をさらに拡大することができる。そして、この場合には、レーザー測長器の測定領域に応じて、基準点の間隔を広くとってもよい。また、基準点として二次元座標系上の点とする場合、測定機は画像測定機のように二次元センサとする。
In addition, when the position of the reference point R is used as the reference point coordinates without projecting onto the common plane, the step of specifying the surface plate is omitted in recognizing the position and orientation of the measuring machine, and only three The position of the measuring machine may be recognized by measuring the reference point.
The configuration of the measuring device is not particularly limited, and for example, a laser length measuring device may be used. Then, it is possible to further expand the measurement area of the laser length measuring instrument that originally has a wide measurement area. In this case, the interval between the reference points may be increased according to the measurement region of the laser length measuring device. When the reference point is a point on the two-dimensional coordinate system, the measuring machine is a two-dimensional sensor like an image measuring machine.

本発明は、形状測定装置に利用できる。特に、大きなワークを測定する形状測定装置に利用できる。   The present invention can be used for a shape measuring apparatus. In particular, it can be used for a shape measuring apparatus that measures a large workpiece.

本発明の形状測定装置に係る第1実施形態において、形状測定装置の全体構成を示す図。The figure which shows the whole structure of a shape measuring apparatus in 1st Embodiment which concerns on the shape measuring apparatus of this invention. 前記第1実施形態において、定盤の基準点の構造を示す図。The figure which shows the structure of the reference point of a surface plate in the said 1st Embodiment. 前記第1実施形態において、演算処理部の構成を示す図。The figure which shows the structure of the arithmetic processing part in the said 1st Embodiment. 前記第1実施形態において、基準点座標算出部の構成を示す図。The figure which shows the structure of the reference point coordinate calculation part in the said 1st Embodiment. 前記第1実施形態において、基準点座標を算出する手順を示すフローチャート。The flowchart which shows the procedure which calculates a reference point coordinate in the said 1st Embodiment. 前記第1実施形態において、基準点の位置を測定する場合のグルーピングの一例を示す図。The figure which shows an example of grouping in the case of measuring the position of a reference point in the said 1st Embodiment. グループごとの座標変換関数を算出する手順を示すフローチャート。The flowchart which shows the procedure which calculates the coordinate transformation function for every group.

符号の説明Explanation of symbols

100…形状測定装置、200…定盤、210…穴、220…基準ボール、300…測定機、310…台座部、320…可動アーム部、321…第1アーム、322…第2アーム、323…第3アーム、324…継手、325・326・327…自在継手、330…タッチプローブ、400…演算処理部、410…基準点座標算出部、411…基準点番号記憶部、412…グルーピング手段、413…測定値記憶部、414…グループ番号付与部、415…基準点座標変換関数仮設定部、416…基準点座標変換関数算出手段、417…基準点座標変換処理手段、420…基準点座標記憶部、430…位置姿勢認識部、431…定盤面算出部、440…座標系変換部、441…測定点座標変換関数算出部、450…測定データ記憶部、460…ワーク形状解析部、500…入力手段、600…出力手段。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 ... Shape measuring apparatus, 200 ... Surface plate, 210 ... Hole, 220 ... Reference | standard ball | bowl, 300 ... Measuring machine, 310 ... Base part, 320 ... Movable arm part, 321 ... 1st arm, 322 ... 2nd arm, 323 ... 3rd arm, 324 ... joint, 325, 326, 327 ... universal joint, 330 ... touch probe, 400 ... arithmetic processing unit, 410 ... reference point coordinate calculation unit, 411 ... reference point number storage unit, 412 ... grouping means, 413 Measured value storage unit 414 Group number assigning unit 415 Reference point coordinate conversion function temporary setting unit 416 Reference point coordinate conversion function calculation unit 417 Reference point coordinate conversion processing unit 420 Reference point coordinate storage unit 430 ... Position and orientation recognition unit, 431 ... Surface plate surface calculation unit, 440 ... Coordinate system conversion unit, 441 ... Measurement point coordinate conversion function calculation unit, 450 ... Measurement data storage unit, 460 Workpiece shape analysis unit, 500 ... input unit, 600 ... output means.

Claims (9)

測定機の測定領域よりも広い定盤に配置された複数の基準点の位置を単一の基準座標系上の座標点として求める基準座標算出方法であって、
前記測定機自身の位置の移動を伴うことなく測定できる領域に含まれる前記基準点を1つのグループとして、複数の前記基準点をグループ分けした各グループが少なくとも一つの他のグループとの間で少なくとも3つの前記基準点を共通に含み、総てのグループが、全体として始点のグループと終点のグループとがない閉ループを形成して、一連に繋がるようにグルーピングするグルーピング工程と、
前記グループごとに前記基準点の位置を前記測定機にて測定する測定工程と、
異なるグループ間で共通した前記基準点について異なるグループで測定して得られたそれぞれの位置を、同一あるいは極めて近似する座標点に座標変換する基準点座標変換関数を前記グループごとに算出する基準点座標変換関数算出工程と、
前記グループごとに測定した前記各基準点の位置を前記グループごとに算出された前記基準点座標変換関数により座標変換する基準点座標変換処理工程と、を備える
ことを特徴とする基準座標算出方法。
A reference coordinate calculation method for obtaining positions of a plurality of reference points arranged on a surface plate wider than a measurement area of a measuring machine as coordinate points on a single reference coordinate system,
The reference points included in a region that can be measured without moving the position of the measuring machine itself as one group, and each group obtained by grouping a plurality of the reference points is at least one other group. A grouping step that includes the three reference points in common, and that all groups form a closed loop having no start point group and no end point group as a whole, and are grouped so as to be connected in series;
A measuring step of measuring the position of the reference point for each group with the measuring instrument;
Reference point coordinates for calculating for each group a reference point coordinate conversion function for converting the respective positions obtained by measuring in different groups with respect to the reference point common to different groups to the same or very similar coordinate points A conversion function calculation step;
A reference point coordinate conversion processing step of performing coordinate conversion of the position of each reference point measured for each group by the reference point coordinate conversion function calculated for each group.
測定機の測定領域よりも広い定盤に配置された複数の基準点の位置を単一の基準座標系上の座標点として求める基準座標算出方法であって、
前記測定機自身の位置の移動を伴うことなく測定できる領域に含まれる前記基準点を1つのグループとして、複数の前記基準点をグループ分けした各グループが少なくとも一つの他のグループとの間で少なくとも2つの基準点と共通平面とを共通に含み、総てのグループが、全体として始点のグループと終点のグループとがない閉ループを形成して、一連に繋がるようにグルーピングするグルーピング工程と、
前記グループごとに前記基準点および前記共通平面の位置を前記測定機にて測定する測定工程と、
異なるグループ間で共通した前記基準点および前記共通平面を異なるグループで測定して得られたそれぞれの位置を、同一あるいは極めて近似する座標点に座標変換する基準点座標変換関数を前記グループごとに算出する基準点座標変換関数算出工程と、
前記グループごとに測定した前記各基準点の位置を前記グループごとに算出された前記基準点座標変換関数により座標変換する基準点座標変換処理工程と、を備える
ことを特徴とする基準座標算出方法。
A reference coordinate calculation method for obtaining positions of a plurality of reference points arranged on a surface plate wider than a measurement area of a measuring machine as coordinate points on a single reference coordinate system,
The reference points included in a region that can be measured without moving the position of the measuring machine itself as one group, and each group obtained by grouping a plurality of the reference points is at least one other group. A grouping step that includes two reference points and a common plane in common, and that all groups form a closed loop having no start point group and no end point group as a whole, and are grouped so as to be connected in series.
A measuring step of measuring the position of the reference point and the common plane for each group with the measuring device;
A reference point coordinate conversion function is calculated for each group that converts the positions obtained by measuring the reference point and the common plane common to different groups in different groups to the same or very similar coordinate points. A reference point coordinate conversion function calculation step to perform,
A reference point coordinate conversion processing step of performing coordinate conversion of the position of each reference point measured for each group by the reference point coordinate conversion function calculated for each group.
請求項2に記載の基準座標算出方法において、
前記基準点の位置は、前記共通平面に投影された位置である
ことを特徴とする基準座標算出方法。
In the reference coordinate calculation method according to claim 2,
The reference coordinate calculation method, wherein the position of the reference point is a position projected on the common plane.
測定機の測定領域よりも広い定盤面に配置された二次元座標系上の点である複数の基準点の位置を単一の基準座標系上の座標点として求める基準座標算出方法であって、
前記測定機自身の位置の移動を伴うことなく測定できる領域に含まれる前記基準点を1つのグループとして複数の前記基準点をグループ分けした各グループが少なくとも一つの他のグループとの間で少なくとも2つの前記基準点を共通に含み、総てのグループが、全体として始点のグループと終点のグループとがない閉ループを形成して、一連に繋がるようにグルーピングするグルーピング工程と、
前記グループごとに前記基準点の位置を前記測定機にて測定する測定工程と、
異なるグループ間で共通した前記基準点を異なるグループで測定して得られたそれぞれの位置を、同一あるいは極めて近似する座標点に座標変換する基準点座標変換関数を前記グループごとに算出する基準点座標変換関数算出工程と、
前記グループごとに測定した前記各基準点の位置を前記グループごとに算出された前記基準点座標変換関数により座標変換する基準点座標変換処理工程と、を備える
ことを特徴とする基準座標算出方法。
A reference coordinate calculation method for obtaining positions of a plurality of reference points, which are points on a two-dimensional coordinate system arranged on a surface plate wider than a measurement area of a measuring machine, as coordinate points on a single reference coordinate system,
The reference point included in an area that can be measured without moving the position of the measuring machine itself is regarded as one group, and each group obtained by grouping a plurality of the reference points is at least 2 between at least one other group. A grouping step that includes two reference points in common, and that all groups form a closed loop that does not have a start point group and an end point group as a whole, and are grouped so as to be connected in series.
A measuring step of measuring the position of the reference point for each group with the measuring instrument;
Reference point coordinates for calculating, for each group, a reference point coordinate conversion function for converting the respective positions obtained by measuring the reference points common to different groups into different groups to the same or very similar coordinate points. A conversion function calculation step;
A reference point coordinate conversion processing step of performing coordinate conversion of the position of each reference point measured for each group by the reference point coordinate conversion function calculated for each group.
請求項1から請求項4のいずれかに記載の基準座標算出方法において、
前記基準点座標変換関数算出工程は、
同一の基準点について異なる前記グループで測定して得られた位置を座標変換関数で座標変換したそれぞれの座標点がこれらの平均値に対して有する偏差を求めて、前記偏差の自乗和を最小にする前記基準点座標変換関数を算出する
ことを特徴とする基準座標算出方法。
In the reference coordinate calculation method according to any one of claims 1 to 4,
The reference point coordinate conversion function calculation step includes:
The coordinates obtained by measuring the position obtained by measuring the same reference point in different groups with the coordinate conversion function are obtained with respect to the average value of each coordinate point, and the sum of squares of the deviation is minimized. The reference point coordinate conversion function is calculated. A reference coordinate calculation method characterized by:
請求項1から請求項5のいずれかに記載の基準座標算出方法の各工程をコンピュータに実行させることを特徴とする基準座標算出プログラム。   6. A reference coordinate calculation program that causes a computer to execute each step of the reference coordinate calculation method according to claim 1. 請求項6に記載の基準座標算出プログラムをコンピュータ読み取り可能に記録した記録媒体。   The recording medium which recorded the reference coordinate calculation program of Claim 6 so that computer reading was possible. 請求項1から請求項5のいずれかに記載の基準座標算出方法によって単一の基準座標系上の座標点として位置が求められた複数の基準点を有することを特徴とする定盤。   6. A surface plate comprising a plurality of reference points whose positions are obtained as coordinate points on a single reference coordinate system by the reference coordinate calculation method according to claim 1. 請求項8に記載の定盤と、
前記定盤上で移動可能な測定機と、を備える形状測定装置。
A surface plate according to claim 8,
A shape measuring apparatus comprising: a measuring machine movable on the surface plate.
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